JPS63244124A - 瞬時電圧低下補償装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野） この発明は送電線への落雷等に起因する送電線の地絡、
短絡事故などによる電力系統の０．１秒程度の瞬時電圧
低下を補償し、需要家の負荷へ悪影響を与えるのを防止
するための瞬時電圧低下補償装置に関するものである。

〔従来の技術〕

送電線への落雷等に起因する送電線の地絡、短絡事故な
どによる電力系統の瞬時電圧低下の対策として、従来い
わゆる無停電電源装置（バッテリとインバータ回路の組
合わせによる定周波定電圧装置）が用いられている。

この定周波定電圧装置は、常時は電力系統の電圧を直流
電圧に変換し、この直流電圧をインバータ回路によって
交流電圧に変換して負荷に交流電圧を加え、電力系統の
故障発生時に、直流回路に並列に設けられたバフテリか
らインバータ回路を介して負荷へ交流電圧を加えるよう
になっている。

このような定周波定電圧装置は、きわめてまれにしか生
じない電力系統の事故に対し、インバータ回路を常時運
転し続けることになり、一般に定格容量の１５〜２０％
もの電力損失の発生を余儀なくされ、運転コストがかさ
むのが欠点であった。

このような問題を解決し、運転コストがかさむことなく
電力系統の瞬時電圧低下に対して補償を行うことができ
る瞬時電圧低下補償装置が既に提案されている。

この瞬時電圧低下補償装置は、第２図に示すように、電
力系統１から負荷２への給電経路中に補償用電Ｒ６を直
列介挿し、補償用電源６の両端間にバイパススイッチ要
素３　（例えばサイリスタ４゜５の逆並列回路で構成さ
れる）を接続し、制御回路７が電力系統１の系統電圧Ｖ
、を変圧器８を介して取り込み、系統電圧■、に基づい
てバイパススイッチ要素３および補償用電源６を制御す
ることにより、電力系統１の系統電圧Ｖ、が何らかの原
因で瞬時低下したときにバイパススイッチ要素３を遮断
するとともに補償用電源６から補償電圧ＶＨを電力系統
１の系統電圧Ｖ、と同じ極性で発生することにより電力
系統１の系統電圧Ｖ、に補償用電源６の補償電圧ｖＨを
加算して負荷２へ加え、系統電圧ｖＳの瞬時低下にかか
わらず負荷電圧ｖＬを一定に保つようになっている。

補償用電源６は、コンデンサからなるエネルギ蓄積手段
（バッテリでもよい）１０より給電されるパルス幅変調
型のインバータ回路１１と、このインバータ回路１１の
出力端に限流リアクトル１２およびＣＲフィルタ（高調
波除去用）１３を介して１次巻線を接続し２次Ｓ線をサ
イリスタ４，５の逆並列回路の両端間に接続した直列変
圧器１４とで構成されている。なお、１５は′Ｆ！１源
、１６は送電線である。なお、エネルギ蓄積手段１０で
あるコンデンサは、例えば系統電圧Ｖ、を全波整流器９
で整流した電圧でもって充電される。

インバータ回路１１は、第３図に示すように、４個のス
イッチングトランジスタ２１〜２４とダイオード２５〜
２８で構成されている。

制御回路７は、第２図に示すように、電圧検出回路３１
．基準電圧波形発生回路３２．減算器３３゜スイッチン
グ制＜１３回路３４．電圧低下検知回路３５゜バイパス
スイッチ制御回路３６および比較器３７で構成している
。この制御回路７においては、電力系統１の系統電圧Ｖ
、を変圧器８を介して電圧検出回路３１が検出し、この
電圧検出回路３１から出力される系統電圧検出電圧Ｖ３
１をもとにして基準電圧波形発生回路３２が系統電圧■
、に同期しかつ電力系統１の正常時電圧に相当する基準
正弦波電圧ｖ３．を出力し、減算器３３が基準正弦波電
圧■、！から電圧検出回路３１の系統電圧検出電圧Ｖ３
１を減算し、その減算結果を比較器３７へ与える。

正弦波形発生部にデジタル回路を用いた場合の基準電圧
波形発生回路３２は、第４図に示すように、電力系統１
の系統電圧ｖｓすなわち系統電圧検出電圧Ｖ３１に同期
した矩形波電圧を作る波形整形回路５１と、位相同期回
路（ＰＬＬ回路）５２とＲＯＭ　（リードオンリメモリ
）５３とで構成される。位相同期回路５２は、位相比較
器（ＰＣ＞５４、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）５５．電
圧制御発振器（ＶＣＯ）５６および分周器（ＦＤ）５７
で構成される。

基準電圧波形発生回路３２中の位相同期回路５２は、周
知のもので、入力信号（波形整形回路５１の出力）と位
相同期した高周波パルス列を電圧制御発振器５６の出力
として得るものである。この電圧制御発振器５６の出力
は、入力信号（波形整形回路５６の出力）と同じ周波数
のパルス列に分周回路５７によって変換され、分周器５
７の出力と上記入力信号の間の位相差が位相比較器５４
と低域通過フィルタ５５とによって直流信号に変換され
る。この直流信号はバイアス電圧との和が電圧制御発振
器５Ｇの入力となり、電圧制御発振器５６は、入力直流
レベルに比例した周波数のパルス列を発生し、結果とし
て電圧制御発振器５６の出力が入力信号（波形整形回路
５１の出力）と同期した状態で平衡する。

一方、ＲＯＭ５３には、定格電圧に対応する振幅値の基
準正弦波データが１周期分書き込んであり、電圧制御発
振器５６の出力（高周波パルス列）に対応してＲＯＭ５
３中のデータを読み出すことにより、目標となる基準正
弦波電圧■３□が得られる。

上記位相同期回路５２は、系統側と高速で同期がとれる
ように一１低域通過フィルタ５５などの定数を定めてい
る。なお、基準電圧波形発生回路３２は位相同期回路５
２の低域通過フィルタ５５の定数を調整することにより
通常０．３〜０．５秒程度の応答時定数に設定されてい
る。

比較器３７　（第２図）は、減算器３３の出力電圧をキ
ャリア信号（例えば三角波、鋸歯状波）と比較すること
により減算器３３の出力電圧をパルス幅変調してスイッ
チング制御回路３４へ与えるようになっている。

第５図はパルス幅変調動作を示す波形図である。

今、減算器３３の出力電圧が第５図（Ａ）の実線Ａ１で
示すような低振幅波形であり、キャリア信号が第５図（
Ａ）の実線Ｂで示すような三角波である場合、比較器３
７から出力されるパルス幅変調信号Ｃ８は第５図（Ｃ）
のようになる、また、減算器３３の出力電圧が第５図（
Ａ）の実′！ａＡ２で示すような高振幅波形であれば、
比較器３７から出力されるパルス幅変調信号Ｃ２は第５
図（Ｂ）のようになる。

また、電圧低下検知回路３５は、電力系統１の系統電圧
■、が低下したことを検知し、その検出出力をスイッチ
ング制御回路３４およびバイパススイッチ制御回路３６
へ与える。

バイパススイッチ制御回路３６は、電圧低下検知回路３
５の出力がないときにはバイパススイッチ要素３を構成
するサイリスク４．５に対しゲート信号を与えてサイリ
スク４．５を導通させ、電力系統１の系統電圧■、がそ
のまま負荷２へ印加されるようにする。また、電圧低下
検知回路３５から出力が発生したときは、サイリスタ４
，５へのゲート信号の供給を停止してサイリスタ４．５
を遮断させる。

スイッチング制御回路３４は、電圧低下検知回路３５か
ら出力が発生したときに、比較器３７から出力されるパ
ルス幅変調信号に応じてインバータ回路１１の各スイッ
チングトランジスタ２１〜２４のオンオフタイミングを
７ＪＩ　御する。こ・の結果、インバータ回路１１から
上記のパルス幅変調信号に相似な波形のパルス幅変調出
力電圧が発生し、このパルス幅変調出力電圧からＣＲフ
ィルタ１３によって高周波骨が除去され、直列変圧器１
４の２次側に、すなわち補償用電源６の出力端に、電力
系統１の系統電圧■、の低下分に相当する補償電圧Ｖ□
が現れ、系統電圧Ｖ、と補償電圧ｖＨとを加算したもの
が負荷２に加えられることになり、負荷電圧ＶＬは電力
系統１の系統電圧Ｖ、の瞬時低下にかかわらず一定に保
持される。

ここで、電圧低下検知回路３５の一構成例について第６
図および第７図により詳しく説明する。

この電圧低下検知回路３５は、変圧器８の２次電圧Ｖ（
第７図（Ａ））を掛算器４１で二乗し、掛算器４１の出
力電圧ｖｇ（第７図（Ｂ））を積分回路４２によって半
サイクル毎に積分し、積分回路４２の出力電圧（第７図
（Ｃ））の半サイクル毎の最終値をサンプリングして基
準電圧（系統電圧Ｖ、の正常時の積分回路４２の出力電
圧の半サイクル毎の最終値に相当する）と積分回路４２
の出力電圧の偏差（電圧低下分に相当する）ｅを減算器
４３によって半サイクル毎に求め、この偏差ｅをレベル
弁別器４４でゼロ近傍に設定されたしきい値を基準にし
てレベル弁別することにより系統電圧Ｖ、の低下を検知
するようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第２図に示した瞬時電圧低下補償装置は、電力系統ｌの
系統電圧Ｖ、の瞬時低下時に、基準正弦波電圧Ｖ３２と
系統電圧Ｖ、に対応した系統電圧検出電圧Ｖｆｆｌとの
差に比例した補償電圧ｖＩｆを系統電圧Ｖ、に加算して
負荷２に加える構成であって、開ループで瞬時電圧低下
補償を行っていたので、負荷２に加わる負荷電圧ｖＬの
瞬時電圧低下補償を正確に行うことができないという問
題があった。

この点につき、もう少し具体的に説明する。補償用電源
６は、出力部に絶縁およびインピーダンスマツチングの
ために通常、直列変圧器１４が設けられ、そのインピー
ダンス電圧が５％前後の値をもっているので、補償用電
源６の出力インピーダンスがゼロにはならず、電圧補償
する際、補償用電源６から出力される補償電圧■ヨが補
償用電源６の出力インピーダンス分だけ降下し、補償電
圧ｖＨをそのまま負荷２に加えることはできない。

上記の出力インピーダンスによる電圧降下は負荷２の変
動（インピーダンス変動）によって変化し、直列変圧器
１４のインピーダンス電圧を５％前後とし、負荷２の一
般的な変動範囲を考慮すると、負荷２に加えられる補償
電圧■８は負荷２の変動によって数％も変動することに
なり、正確に瞬時電圧低下補償を行うことができない。

また、減算器３１の出力電圧が入力される比較器３７．
スイッチング制御回路３４．補償用電源６よりなる回路
は大電力増幅器と考えることができるが、この大電力増
幅器には通常非線形歪２位相歪が存在し、この非線形歪
１位相歪が補償電圧ＶＨに現れ、正確に瞬時電圧低下補
償を行うことができない、上記の歪の量として補償電圧
■□には、３″程度の位相差が生じ、また１−１０％程
度の歪が生じる。

この発明の目的は、正確に瞬時電圧低下補償を行うこと
ができる瞬時電圧低下補償装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の瞬時電圧低下補償装置は、エネルギ蓄積手段
を有し電力系統から負荷への給電経路中に直列介挿した
補償用電源と、前記電力系統の正常時電圧に相当する振
幅および位相を有する基準正弦波電圧と前記負荷に加わ
る負荷電圧との差が少なくなるように前記補償用電源が
出力する補償電圧を制御するスイッチング制御回路とを
備えたものである。

（作用〕 この発明の構成によれば、電力系統の正常時電圧に相当
する振幅および位相を存する基準正弦波電圧と負荷に加
わる負荷電圧との差が少なくなるように補償用ＴＬ源が
出力する補（：ＭＴＬ圧を側１コ■するため、閉ループ
（負帰還）で瞬時電圧低下補償を行うことができ、した
がって補償用ＴＬＨの出力インピーダンスが存在するこ
とによる負荷の変動に伴う電圧変動ならびに非線形歪お
よび位相歪を抑制することができる。この結果、負荷に
加わる負荷電圧の瞬時電圧低下補償を正確に行うことが
できる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。この
瞬時電圧低下補償装置は、電力系統ｌから負荷２への給
電経路中にエネルギＭ積手段１０を有する補償用電源６
を直列介挿し、補償用電源６の両端間にバイパススイッ
チ要素３を接続し、電力系統１の正常時電圧に相当する
振幅および位相を有する基準正弦波電圧Ｖｎと負荷２に
加わる負荷電圧ＶＬとの差が少なくなるように補償用電
源６が出力する補償電圧ｖＨを制御するスイッチング制
御回路３４を設けるとともに、電力系統ｌの瞬時電圧低
下時にバイパススイッチ要素３をオンからオフへ切換え
るバイパススイッチ制御回路３６を設けたものである。

以下、この瞬時電圧低下補Ｏｉ装置における第２図の装
置との相違点を具体的に説明する。この瞬時電圧低下補
償装置では、負荷２の負荷電圧■５を変圧器８′を介し
て制御回路７′の電圧検出回路３１’で検出し、電圧検
出回路３１′より出力される負荷電圧検出電圧■、１′
と基準電圧波形発生回路３２から出力される基準正弦波
電圧ｖ３２との差電圧を減算器３３で求め、この差電圧
を比較器３７へ加えるようにしている。

比較器３７は、減算器３３の出力電圧をキャリア信号（
例えば三角波、鋸歯状波）と比較することにより第２図
の回路と同様に減算器３３の出力電圧をパルス幅変調し
てスイッチング制御回路３４へ与える。このスイッチン
グ制御回路３４は、比較器３７から出力されるパルス幅
変調信号に応じてインバータ回路１１の各スイッチング
トランジスタ２１〜２４のオンオフタイミングを制御す
る。

この結果、インバータ回路１１から上記のパルス幅変調
信号に相似な波形のパルス幅変調出力電圧が発生し、こ
のパルス幅変調出力電圧からＣＲフィルタ１３によって
高周波分が除去され、直列変圧器１４の２次側に、すな
わち補償用電源６の出力端に、負荷２に加わる負荷電圧
ｖＬの低下を補償する補償電圧ｖ）！が現れ、系統電圧
ｖｓと補償電圧■６とを加算したものが負荷２に加えら
れることになり、負荷電圧ＶＬは電力系統１の系統電圧
Ｖ、の瞬時低下にかかわらず一定に保持される。

この際、変圧器８′および電圧検出回路３１′は負帰還
回路を構成し、したがって比較器３７゜スイッチング制
御回路３４．補償用電源６．変圧器８′、電圧検出回路
３１’は全体として、負帰還型大電力増幅器を構成する
ことになり、基準正弦波電圧ｖ３．と負荷電圧検出電圧
■３．′との差電圧がゼロとなるように補償電圧■□が
制御される。

上記の負帰還型大電力増幅器においては、基準正弦波電
圧Ｖ３２と負荷電圧検出電圧ｖ３、′とを比較し、その
差電圧がゼロとなるように補償電圧■□を制御している
ので、補償用１ｔｉｌＩ６の内部の増幅度が高ければ高
い程負荷電圧ｖＬの波形を基準正弦電圧Ｖ３２の波形（
電力系統１の正常時の電圧）に近づけることができ、基
準正弦波電圧■３．は系統電圧■、と同期した正確な正
弦波を出力するようにしているので、負荷電圧■、も限
りなく正弦波に近づけることができ、負荷変動による電
圧変動や非線形歪２位相歪を抑制することができる。

今、負帰還量を２０ｄＢとすれば、上記の歪成分は１／
１０に低減されることになり、実用上十分な値となる。

なお、上記以外の構成および作用については第２図のも
のと同様であるので、説明を省く。

この瞬時電圧低下補償装置は、電力系統１の正常時電圧
に相当する振幅および位相を有する基準正弦波電圧Ｖ３
ｆｆｉと負荷２に加わる負荷電圧ｖＬとの差が少なくな
るように補償用電源６が出力する補償電圧ｖｌＩを制御
するため、閉ループ（負帰還）で瞬時電圧低下補償を行
うことができ、したがって補償用電′ａ６の出力インピ
ーダンスが存在することによる負荷２の変動に伴う電圧
変動ならびに非線形歪および位相歪を抑制することがで
きる。

この結果、負荷２に加わる負荷電圧■、の瞬時電圧低下
補償を正確に行うことができる。

なお、上記実施例では、バイパススイッチ要素３をサイ
リスク４．５で構成したが、トランジスタで構成しても
よい、また、インバータ回路１１の構成も、第３図に示
したものに限らず、種々のものが利用できる。また、基
準電圧波形発生回路３２の構成についても、ＲＯＭ５３
を利用したものの他に、種々考えることができる。

〔発明の効果〕

この発明の瞬時電圧低下補償装置によれば、電力系統の
正常時電圧に相当する振幅および位相を有する基準正弦
波電圧と負荷に加わる負荷電圧との差が少なくなるよう
に補償用電源が出力する補償電圧を制御するため、閉ル
ープ（負帰還）で瞬時電圧低下補償を行うことができ、
したがって補償用電源の出力インピーダンスが存在する
ことによる負荷の変動に伴う電圧変動ならびに非線形歪
および位相歪を抑制することができる。この結果、負荷
に加わる負荷電圧の瞬時電圧低下補償を正確に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は瞬時電圧低下補償装置の提案例の構成を示すブ
ロック図、第３図および第４図は第２図の要部の具体的
な回路図、第５図はパルス幅変調動作の説明のための波
形図、第６図は第２図の要部の具体的なブロック図、第
７図は第６図の各部の波形図である。 １・・・電力系統、２・・・負荷、３・・・バイパスス
イッチ要素、６・・・補償用電源、１０・・・エネルギ
蓄積手段、３１．３１’・・・電圧検出回路、３２・・
・基準電圧波形発生回路、３３・・・減算器、３４・・
・スイッチング制御回路、３６・・・バイパススイッチ
制御回路１１１３図 υ 第６図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エネルギ蓄積手段を有し電力系統から負荷への給電経路
   中に直列介挿した補償用電源と、前記電力系統の正常時
   電圧に相当する振幅および位相を有する基準正弦波電圧
   と前記負荷に加わる負荷電圧との差が少なくなるように
   前記補償用電源が出力する補償電圧を制御するスイッチ
   ング制御回路とを備えた瞬時電圧低下補償装置。